DE10122487B4 - Device for the detection of carbon monoxide in a gas mixture - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung zur Detektion von Kohlenmonoxid als Leitkomponente in einem Gasgemisch, insbesondere zur Anordnung in einem Lüftungssystem eines Kraftfahrzeugs, mit einem Gassensor (12) der eine Beschichtung mit Palladium oder einem anderen Edelmetall dotierte Beschichtung aus SnO2 aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Gassensor (12) unmittelbar auf einer Leiterplatine (10) mit Bauelementen einer Auswerteelektronik (11) angeordnet ist. Device for detecting carbon monoxide as a conductive component in a gas mixture, in particular for arrangement in a ventilation system of a motor vehicle, comprising a gas sensor (12) comprising a coating of palladium or another precious metal-doped coating of SnO 2 , characterized in that the gas sensor (12 ) is arranged directly on a printed circuit board (10) with components of a transmitter (11).

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Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Detektion von Kohlenmonoxid als Leitkomponente in einem Gasgemisch, insbesondere zur Anordnung in einem Lüftungssystem eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a device for the detection of carbon monoxide as a conductive component in a gas mixture, in particular for the arrangement in a ventilation system of a motor vehicle according to the preamble of claim 1.

Eine solche Vorrichtung ist bereits aus der US 6,134,946 bekannt. Dort ist der Sensor auf einem separaten Substrat zusammen mit Heizeinrichtungen angeordnet. Die Auswerteelektronik befindet sich dagegen nicht auf dem Substrat.Such a device is already out of the US 6,134,946 known. There, the sensor is arranged on a separate substrate together with heating devices. The transmitter is not on the substrate.

Ein Haupteinsatzgebiet solcher Sensoren ist die Steuerung von Lüftungsklappen im Lüftungssystem eines Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit von der Luftqualität. Sobald der Schadstoffgehalt einen bestimmten Schwellwert überschreitet, wird die Ansaugung von Umgebungsluft durch Schließen einer entsprechenden Klappe oder dergleichen verhindert, um die Insassen des Fahrzeugs nicht einer gesundheitsschädlichen Atmosphäre auszusetzen.One The main application of such sensors is the control of ventilation flaps in the ventilation system of a motor vehicle in dependence from the air quality. Once the pollutant content exceeds a certain threshold, is the intake of ambient air by closing a appropriate flap or the like prevents the occupants of the vehicle should not be exposed to a harmful atmosphere.

Üblicherweise wird dabei die Luftqualität als ein Summenparameter über eine Messung mehrerer Gaskomponenten wie die Verkehrsschadstoffe CO und NO2 aber auch geruchsaktiver organischer Komponenten mit Hilfe mehrerer Sensoren bestimmt. Wäh rend Stickoxide und organische Komponenten durch geeignete Filter in ihrer Konzentration reduziert werden, ist dies bei Kohlenmonoxid nicht der Fall.Usually, the air quality is determined as a sum parameter via a measurement of several gas components, such as the traffic pollutants CO and NO 2, but also odor-active organic components with the aid of several sensors. While nitrogen oxides and organic components are reduced in concentration by suitable filters, this is not the case with carbon monoxide.

Die bekannten Sensoren haben den Nachteil, dass sie fertigungstechnisch aufwendig sind und einen relativ großen Einbauraum benötigen.The known sensors have the disadvantage that they manufacturing technology are complex and require a relatively large installation space.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur zuverlässigen Erfassung des Kohlenmonoxidgehalts in einem Gasgemisch vorzuschlagen, die einen nur geringen Fertigungsaufwand und einen kleinen Einbauraum erfordert und leicht ist.Of the present invention is based on the object, a device to the reliable To suggest detection of the carbon monoxide content in a gas mixture, the only one little production effort and a small installation space requires and is easy.

Die Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Das Beschichtungsmaterial hat sich ausgezeichnet zur Detektion von Kohlenmonoxid bewährt. Seine Empfindlichkeit gegenüber Temperaturschwankungen und Schwankungen der Luftfeuchtigkeit ist gering. Auch die Selektivität ist höher als bei handelsüblichen Sensoren. Die Vorrichtung kann zur Bestimmung der Luftqualität in einem Lüftungssystem eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden, wobei Kohlenmonoxid als ausschließliche Leitkomponente der Luftqualität detektiert wird.The The object is achieved with a device having the features of the claim 1 solved. The coating material has been excellent for the detection of Carbon monoxide proven. His sensitivity to Temperature fluctuations and fluctuations in humidity is low. Also the selectivity is higher as with commercial Sensors. The device can be used to determine the air quality in a ventilation system a motor vehicle are used, with carbon monoxide as the exclusive lead component the air quality is detected.

Besondere Vorteile ergeben sich dadurch, dass der Sensor unmittelbar auf einer Leiterplatine mit Bauelementen einer Auswerteelektronik angeordnet ist. Dabei lässt sich zur Befestigung des Sensors auf der Leiterplatine insbesondere ein Bondverfahren einsetzen. Hierzu können Edelstahl- oder Edelmetalldrähte verwendet werden. Diese Art der Anordnung auf der Leiterplatine vermei det Herstellungskosten für einen gesonderten Sockel für den Sensor. Auch das Gewicht der Vorrichtung kann dadurch reduziert werden.Special Benefits result from the fact that the sensor is directly on a Printed circuit board arranged with components of an evaluation is. Leave it itself for mounting the sensor on the printed circuit board in particular use a bonding method. Stainless steel or precious metal wires can be used for this purpose become. This type of arrangement on the printed circuit board vermei det Production costs for a separate socket for the sensor. Also, the weight of the device can be reduced become.

Für die Auswertung des Sensorsignals hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, den Sensor als Widerstandselement in einem digitalen RC-Oszillator einzusetzen. Es kann dadurch eine Polarisation des Sensormaterials durch ständig wechselnde Stromrichtungen vermieden werden. Die Auswerteelektronik benötigt außerdem keine Komparatoren zur Auswertung des Sensorsignals. Da die Eingangsignale in der Regel ebenfalls digital sind, ist auch das Vorliegen des Ausgangssignals in digitaler Form von Vorteil.For the evaluation the sensor signal, it has proved to be particularly advantageous the sensor as a resistive element in a digital RC oscillator use. It can thereby a polarization of the sensor material through constantly changing current directions are avoided. The evaluation electronics needed Furthermore no comparators for the evaluation of the sensor signal. Because the input signals are usually also digital, is also the presence of the Output signal in digital form of advantage.

Die Vorrichtung kann zusätzlich Einrichtungen zur Messung der Temperatur und/oder des Feuchtegehalts des Gasgemischs aufweisen. Diese Einrichtungen können Sensoren sein, die zusammen mit dem Gassensor das resistive Element des digitalen RC-Oszillators bilden. Es ist dann eine gemeinsame Auswerteelekronik für alle Sensoren ausreichend. Selbstverständlich kann der Feuchtegehalt und die Temperatur des Gasgemischs aber auch kapazitiv erfasst werden.The Device may additionally Devices for measuring the temperature and / or the moisture content of the gas mixture. These devices can be sensors that work together with the gas sensor, the resistive element of the digital RC oscillator form. It is then a common evaluation elec- tronics for all sensors sufficient. Of course However, the moisture content and the temperature of the gas mixture can also be detected capacitively.

Falls die zusätzlichen Sensoren ebenfalls auf der Leiterplatine mit der Auswerteelektronik angeordnet werden, ergeben sich weitere Einsparmöglichkeiten an Gewicht und Montageschritten, da gesonderte Sockel für die Sensoren entfallen.If the additional Sensors also on the printed circuit board with the transmitter be arranged, there are further savings on weight and Assembly steps, since separate bases for the sensors omitted.

Für eine besonders stabile und kostengünstige Ausführung kann die Leiterplatine mit einem Gehäuse vergossen sein, das mindestens eine Diffusionsöffnung zum Einlass des zu untersuchenden Gasgemischs und mindestens eine Steckverbindung zu einer externen Leistungsversorgung und/oder Datenauswerte- oder Datenanzeigeeinrichtung aufweist. Zum Vergießen wird ein Isolatormaterial verwendet. Insgesamt ergibt sich durch diesen Aufbau eine stabile Verbindung zwischen Leiterplatine und Gehäuse. Gerade beim Einsatz in Kraftfahrzeugen rauen Betriebsbedingungen ist dies von Vorteil. Das Gehäuse kann dabei. als Kunststoff-Spritzgussgehäuse gefertigt werden.For a special stable and cost-effective execution For example, the printed circuit board may be potted with a housing that is at least a diffusion opening to the inlet of the gas mixture to be examined and at least one Plug connection to an external power supply and / or data evaluation or data display device having. To shed an insulator material is used. Overall, results from this structure a stable connection between the printed circuit board and the housing. Just when used in motor vehicles harsh operating conditions this is advantageous. The housing can do it. be manufactured as a plastic injection molded housing.

Für den Einsatz der Vorrichtung im Luftungssystem eines Kraftfahrzeugs kann außerdem eine Auswerteelektronik vorgesehen werden, die die gemessene Kohlenmonoxid-Konzentration mit Schwellwerten vergleicht und abhängig davon eine Verschlussklappe im Lüftungssystem öffnet und/oder schließt. Dabei können sich die Schwellwerte der gegebenen Verkehrssituation automatisch anpassen. Auch eine Berücksichtigung der gemessenen Temperatur und/oder Luftfeuchte zur Steuerung der Lüftungsklappe durch die Auswerteelektronik ist möglich. Zweckmäßigerweise kann dabei die Auswerteelektronik die Schwellwerte der CO-Konzentration in Abhängigkeit der gemessenen Temperatur und/oder Feuchte der Luft verändern. Die Auswerteelektronik kann nur den Schließvorgang der Klappe übernehmen oder auch den öffnungsvorgang. Ist die Auswerteelektronik nur für das Schließen der Klappe verantwortlich, so wird das öffnen einfach zeitgesteuert nach einer bestimmten Verschlusszeit der Klappe ausgelöst. Andernfalls wird auch vor dem öffnen der Klappe durch die Auswerteelektronik wieder ein Schwellwertvergleich des gemessenen Kohlenmonoxidgehalts vorgenommen.For the use of the device in the air system of a motor vehicle also an evaluation can be provided, which measures the measured carbon monoxide concentration threshold compares values and, depending on this, a closing flap in the ventilation system opens and / or closes. The threshold values of the given traffic situation can adapt automatically. A consideration of the measured temperature and / or humidity for controlling the ventilation flap by the evaluation is possible. Expediently, the evaluation electronics can change the threshold values of the CO concentration as a function of the measured temperature and / or humidity of the air. The transmitter can only take over the closing of the flap or the opening process. If the transmitter is only responsible for closing the flap, it will simply trigger timed after a certain shutter speed. Otherwise, a threshold value comparison of the measured carbon monoxide content is again carried out before the flap is opened by the evaluation electronics.

Nachfolgend wird ein möglicher Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand der Zeichnung näher beschrieben.following becomes a possible Structure of a device according to the invention closer to the drawing described.

Es zeigen:It demonstrate:

1 eine Draufsicht auf eine schematische dargestellte Leiterplatine einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; 1 a plan view of a schematically illustrated printed circuit board of a device according to the invention;

2 einen Längsschnitt durch ein Gehäuse einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit der Leiterplatine aus 1. 2 a longitudinal section through a housing of a device according to the invention with the circuit board 1 ,

Die in 1 gezeigte Leiterplatine 10 weist Bauelemente 11 einer Auswerteelektronik für Sensorsignale auf, wobei im dargestellten Beispiel die Leiterplatine 10 mit zwei Sensoren 12, 13 versehen ist, die jeweils auf die Leiterplatine 10 gebondet sind. Der Sensor 12 besteht aus einem Gassensor zur Detektion von Kohlenmonoxid mit einer SnO2-Beschichtung, wobei die Beschichtung mit Palladium oder einem anderen Edelmetall dotiert ist. Der Sensor 13 kann beispielsweise ein Temperatur- oder Feuchtesensor sein.In the 1 shown printed circuit board 10 has components 11 an evaluation for sensor signals, in the example shown, the circuit board 10 with two sensors 12 . 13 is provided, each on the printed circuit board 10 are bonded. The sensor 12 consists of a gas sensor for the detection of carbon monoxide with a SnO 2 coating, wherein the coating is doped with palladium or another noble metal. The sensor 13 For example, it may be a temperature or humidity sensor.

Am gegenüberliegenden Ende der Leiterplatine 10 sind Steckkontakte 14 mit oder ohne spezieller Halterung und/oder Isolation beispielsweise zum Anschluss einer externen Spannungsquelle und/oder einer externen Datenauswerte- und Datenanzeigeeinrichtung vorgesehen.At the opposite end of the printed circuit board 10 are plug contacts 14 provided with or without special support and / or isolation, for example, for connecting an external power source and / or an external Datenauswerte- and data display device.

Die Platine 10 lässt sich, wie in 2 gezeigt, in ein Kunststoff-Spritzgussgehäuse 15 einsetzen und mit dem Gehäuse 15 mit einem Isolator 16 vergießen. Dadurch ist eine erschütterungsfreie Anordnung der Leiterplatine 10 im Gehäuse 15 möglich. Das Gehäuse 15 weist an einem Ende eine Diffusionsöffnung 17 auf, die einen Gaszutritt zu den Sensoren 12 und 13 auf der Leiterplatine 10 erlaubt. An der gegenüberliegenden Seite des Gehäuses 15 ist ebenfalls eine öffnung 18 vorgesehen, damit die Steckkontakte 14 von außen zugänglich sind.The board 10 can be, as in 2 shown in a plastic injection molded case 15 insert and with the housing 15 with an insulator 16 shed. As a result, a vibration-free arrangement of the printed circuit board 10 in the case 15 possible. The housing 15 has a diffusion opening at one end 17 on, which provides gas access to the sensors 12 and 13 on the circuit board 10 allowed. On the opposite side of the case 15 is also an opening 18 provided so that the plug contacts 14 are accessible from the outside.

Claims (12)

Vorrichtung zur Detektion von Kohlenmonoxid als Leitkomponente in einem Gasgemisch, insbesondere zur Anordnung in einem Lüftungssystem eines Kraftfahrzeugs, mit einem Gassensor (12) der eine Beschichtung mit Palladium oder einem anderen Edelmetall dotierte Beschichtung aus SnO2 aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Gassensor (12) unmittelbar auf einer Leiterplatine (10) mit Bauelementen einer Auswerteelektronik (11) angeordnet ist. Device for detecting carbon monoxide as a conductive component in a gas mixture, in particular for arrangement in a ventilation system of a motor vehicle, with a gas sensor ( 12 ) comprising a coating of palladium or another noble metal-doped coating of SnO 2 , characterized in that the gas sensor ( 12 ) directly on a printed circuit board ( 10 ) with components of an evaluation ( 11 ) is arranged. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gassensor (12) auf die Leiterplatine (10) gebondet ist.Apparatus according to claim 1, characterized in that the gas sensor ( 12 ) on the printed circuit board ( 10 ) is bonded. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gassensor (12) als Wiederstandselement in einem digitalen RC-Oszillator wirkt.Device according to one of claims 1 or 2, characterized in that the gas sensor ( 12 ) acts as a resistance element in a digital RC oscillator. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie zusätzlich Einrichtungen zur Messung der Temperatur und/oder des Feuchtegehalts des Gasgemischs aufweist. Device according to one of claims 1 to 3, characterized that in addition Devices for measuring the temperature and / or the moisture content comprising the gas mixture. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen Sensoren (13) sind, die zusammen mit dem Gassensor (12) das resistive Element des digitalen RC-Oszillators bilden.Apparatus according to claim 4, characterized in that the devices sensors ( 13 ), which together with the gas sensor ( 12 ) form the resistive element of the digital RC oscillator. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen (13) ebenfalls auf der Leiterplatine (10) mit der Auswerteelektronik (11) angeordnet sind.Device according to claim 4 or 5, characterized in that the devices ( 13 ) also on the printed circuit board ( 10 ) with the evaluation electronics ( 11 ) are arranged. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatine (10) mit einem Gehäuse (15) vergossen ist, das mindestens eine Diffusionsöffnung (17) zum Einlass des zu untersuchenden Gasgemischs und mindestens eine Steckverbindung (14) zu einer externen Leistungsversorgung und/oder Datenauswerte- oder Datenanzeigeeinrichtung aufweist.Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the printed circuit board ( 10 ) with a housing ( 15 ), the at least one diffusion opening ( 17 ) to the inlet of the gas mixture to be examined and at least one plug connection ( 14 ) to an external power supply and / or Datenauswerte- or data display device. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (15) ein Kunststoff-Spritzgussgehäuse ist.Device according to claim 7, characterized in that the housing ( 15 ) is a plastic injection molded housing. Vorrichtung zur Detektion von Kohlenmonoxid im Lüftungssystem eines Kraftfahrzeugs nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteelektronik (11) die gemessene Kohlenmonoxid-Konzentration mit Schwellwerten vergleicht und abhängig davon eine Verschlussklappe im Lüftungssystem öffnet oder schließt.Device for the detection of carbon monoxide in the ventilation system of a motor vehicle according to one of claims 1 to 8, characterized that the evaluation electronics ( 11 ) compares the measured carbon monoxide concentration with thresholds and, depending thereon, opens or closes a shutter in the ventilation system. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwellwerte sich einer gegebenen Verkehrssituation automatisch anpassen. Apparatus according to claim 9, characterized in that the Thresholds a given traffic situation automatically to adjust. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteelektronik (11) die Verschlussklappe auch in Abhängigkeit von der Lufttemperatur und/oder der Luftfeuchte steuert.Apparatus according to claim 9 or 10, characterized in that the evaluation electronics ( 11 ) controls the closure flap also in dependence on the air temperature and / or the humidity. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteelektronik (11) die Schwellwerte der Kahlenmonoxidkonzentration in Abhängigkeit der gemessenen Temperatur und/oder Feuchte der Luft verändert.Device according to claim 11, characterized in that the evaluation electronics ( 11 ) changes the threshold values of the potassium monoxide concentration as a function of the measured temperature and / or humidity of the air.
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